一种自防水混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域,具体涉及一种自防水混凝土及其制备方法。
背景技术
高层建筑的地下室是建筑工程施工的重要组成部分,地下室一般是采用钢筋混凝土结构形式,如果出现漏渗水现象,会严重影响高层建筑的使用寿命。混凝土裂缝是地下工程渗漏的最常见的原因之一。由于地下室外墙一般厚度较小,高度,长度比较大,相对地下室底板等大体积混凝土,地下室外墙具有较大的比表面,混凝土表面水分散发较快,混凝土表面养护也比较困难,易造成混凝土墙板收缩和开裂。再者地下室底板一般先行施工,墙板施工时底板已具备一定混凝土强度,对墙板混凝土变形形成较强的约束,墙板在与底板交接处易产生局部拉应力,即地下室外墙混凝土硬化过程实际上处于一种下部完全固定、上部自由变形的受力状态,进一步加大了混凝土裂缝的机会。另外,混凝土硬化期间水泥放出大量水化热,内部温度不断上升,在表面引起拉应力,后期再降温过程中,由于受到基础或老混凝土的约束,又会在混凝土内部出现拉应力,气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力,当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时,也会出现裂缝。
同时,混凝土的结构空隙也会引起混凝土的渗水,例如:水泥混凝土凝结硬化过程中水泥水化凝胶本身的胶孔,水泥水化后的余水蒸发形成的毛细孔,在重力作用下水泥与骨料沉降产生的沉降空隙;或者是混凝土的流变性能不好,无法形成密实的内部结构而造成蜂窝、麻面、空洞。因此,混凝土的结构自防水是防水混凝土的根本的防线。
防水混凝土也称为结构自防水,可通过调整混凝土的配合比或掺加外加剂、钢纤维、合成纤维等,减少混凝土内部的空隙率或改变空隙形态,分布特征,从而达到防水,防渗的目的。专利文献CN107021706A公开了一种自防水混凝土,所述自防水混凝土由硅酸盐水泥、沙子和防水剂组成,其中的防水剂由伊利石粉、粉煤灰、明矾、熟石灰和过磷酸钙组成。制得的自防水混凝土,尤其适用于建筑物顶楼防水,以及建筑物厨卫防水,以及隧道等经常受压力水作用的工程和构筑物,无需采用额外的防水处理,从而大幅降低建筑的材料成本和人工成本,提高建筑施工效率。但是该防水混凝土采用的伊利石粉、粉煤灰、明矾、熟石灰和过磷酸钙等成分会增加混凝土中的碱含量,导致混凝土容易发生碱集料反应,反应生成物吸水膨胀,使混凝土产生内应力,导致混凝土开裂,破坏其结构。
专利文献CN106630860A公开了一种刚性自防水混凝土,所述刚性自防水混凝土由防水剂、碎石、砂、硅酸盐水泥、粉煤灰和水组成,所述防水剂由憎水组分、纳米材料组分、引气组分和分散组分组成;制得的刚性自防水混凝土改变了普通混凝土亲水的特性,由该自防水混凝土浇筑而成的混凝土结构,在不单独设置外防水层或内防水层的情况下,同样具备良好的抗的抗渗、防水、憎水的功能,简化了此部位的建筑防水结构,简化了施工,缩短了施工工期,降低了施工成本。但是由于地下室外墙混凝土具有较大的比表面,外墙底部有较强约束等的特殊性,对混凝土的防水要求更高,无法满足地下工程的防水混凝土的要求。
发明内容
为了解决现有技术中自防水混凝土存在的缺陷,本发明的目的在于提供一种自防水混凝土及其制备方法,该自防水混凝土主要适用于地下工程包括地下室和坑道,提高地下工程的防水,渗水效果,可以大大延长高层建筑物的使用寿命。
本发明提供了一种自防水混凝土,包括以下成分及其重量份数:
硅酸盐水泥80~120份、碎石55~65份、砂35~45粉、改性木陶瓷10~16份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸4~6份、木质素磺酸钠5~8份和水28~42份。
进一步地,所述的自防水混凝土包括以下成分及其重量份数:
硅酸盐水泥100份、碎石60份、砂38粉、改性木陶瓷14份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸5份、木质素磺酸钠6份和水40份。
进一步地,所述碎石的粒径为10~20mm,含泥量小于0.5%,针片状颗粒小于10%。
进一步地,所述砂的细度模数为2.6~3.0,含泥量小于2%。
进一步地,所述改性木陶瓷的制备方法为:
A将木粉干燥至含水率<25%,粉碎研磨后通过80~100目细筛,得细木粉;
B按重量份数称取环氧丙烯酸树脂30~50份,硅溶胶15~25份,木质素磺酸钠50~80份搅拌均匀,得混合液;
C将步骤A得到的细木粉与步骤B得到的混合液按重量比1:(0.8~1.2)混合均匀,在常温常压下浸渍60~70h,烘干,放入惰性气体保护的加热炉中预热、逐步升温至500~600℃,减压抽出低分子组分后再继续升温至1200~1600℃,真空炭化3~4h后,冷却,即得。
进一步地,所述步骤B中的环氧丙烯酸树脂为固含量为35~45%的液体环氧丙烯酸树脂。
进一步地,所述步骤B中的硅溶胶为固含量为40~50%的液体硅溶胶。
进一步地,所述木质素磺酸钠的分子量为10000~50000。
另外,本发明还提供了所述的自防水混凝土的制备方法,包括以下步骤:
S1将碎石、硅酸盐水泥、砂依次倒入料斗内,搅拌40~60s,得混合物I;
S2将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、改性木陶瓷、木质素磺酸钠搅拌均匀,得混合物II;
S3将步骤S2得到的混合物II加入到步骤S1得到的混合物I中搅拌1~2min,接着加水,搅拌2~5min,即得。
目前,为了提高混凝土的抗裂性能常用的方法是添加钢纤维、合成纤维等外加剂,但是整体抗裂效果不佳。为了解决上述问题,发明人首次提出将经木质素和硅溶胶改性的木陶瓷添加到混凝土中用于提高其强度,经试验发现添加本发明的改性木陶瓷的混凝土强度比添加合成纤维的混凝土好,但是其还不能达到地下工程混凝土的抗裂要求。2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸可以用于提高淤泥的强度,发明人尝试将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸添加到混凝土中,意外的发现,2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸也可以增强混凝土的强度,但是效果很微小,比添加合成纤维混凝土的强度差很多。经过不断的摸索和研究,发明人将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸与改性木陶瓷按一定比例联合使用,意外的发现,2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸与改性木陶瓷联合使用可以协同提高混凝土的强度和硬度,从而可以大大的提高混凝土的抗压和抗裂能力,从而提高混凝土的自防水功能。
进一步地,木陶瓷是一种活性炭,其加入到混凝土中可以很好堵塞混凝土的胶孔,毛细孔和沉降空隙,而且木陶瓷具有多孔结构可以吸附水泥水化产生的热量,降低混凝土的内部温度,从而减少水分蒸发形成毛细孔的现象。其次,在改性木陶瓷的多孔结构中的硅溶胶可以与混凝土基层中的氢氧化钙反应生成硅酸钙沉淀,进一步地堵塞混凝土中的空隙,而且该硅溶胶可以为水泥水化提供水分,促进混凝土硬化,同时硅溶液失水后,单体硅酸逐渐聚合成高聚硅胶,不断形成-SIO-O-SIO-致密的膜,由于硅溶胶中氧化钠含量低,成膜后遇水也不会再溶解,形成的致密防水膜可以提高混凝土的防水防渗效果。另外,纳米二氧化硅具有紫外吸收,红外反射的特性,可以很好的提高混凝土的耐用性。
进一步地,本发明添加到混凝土中的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸吸水后聚合,也可以进一步地堵塞水泥毛细孔缝,改善材料微结构,使其内部结构致密。同时,2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸还具有较强的吸湿性,从气态环境中吸收水分,可以保证水泥水化所需的湿度,也可以减少因没有及时养护水泥而开裂的现象,从而可以达到更好的防水防渗效果。
另外,硅酸盐水泥是以硅酸钙为主的硅酸盐水泥熟料,5%以下的石灰石或粒化高炉矿渣,适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,而硅酸盐水泥中石灰石,粘土和煤等原燃料会增加水泥中碱的含量,混凝土容易发生碱集料反应,反应生成物吸水膨胀,使混凝土产生内应力,导致混凝土开裂,导致混凝土出现漏水,渗水的现象。恰巧,本发明添加的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶于水后,溶液呈酸性,其可以缓解混凝土的碱性,减少碱集料反应导致混凝土开裂的现象,而且2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的添加量较少,反应时放出的热量较少,可以完全被改性木陶瓷吸收而不影响混凝土的使用性能。
进一步地,本发明添加的分子量为10000~50000的木质素磺酸钠分散性好且稳定好,可以很好的增加混凝土的流变性,提高混凝土体系的稳定性,同时还可以避免混凝土因流变性差而产生蜂窝、麻面、空洞的现象,进一步提高混凝土的防水,防渗功能。而木质素磺酸钠分子量高于或低于10000~50000对混凝土的体系的稳定性和流变性较差。
本发明提供的自防水混凝土中的改性木陶瓷和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸联合使用可以提高混凝土的强度和硬度,大大的提高混凝土的抗压和抗裂能力,可以解决地下室外墙因比表面大、表面水分散发较快,外墙混凝土硬化过程中下上部受力不均和混凝土内外部温度差等因素而导致的开裂的现象。同时,本发明提供的改性木陶瓷和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸还可以改混凝土的空隙结构,提高了混凝土的密实性,解决地下工程外墙混凝土凝结硬化过程中形成的胶孔,水泥水化后的余水蒸发形成的毛细孔,在重力作用下水泥与骨料沉降产生的沉降空隙和流变性差导致蜂窝、麻面、空洞的等空隙问题,从而达到防水,防渗的目的,可以完全满足地下工程混凝土的要求,是一种较为理想的地下工程自防水混凝土。
与现有技术相比,本发明提供的自防水混凝土具有以下优势:
(1)本发明提供的自防水混凝土具有强度高和硬度高的特点,可以大大提高混凝土的抗压和抗裂能力,可以解决地下室外墙因比表面大、表面水分散发较快,外墙混凝土硬化过程中下上部受力不均和混凝土内外部温度差等因素而导致的开裂的现象,提高混凝土构件的耐久性和安全性;
(2)本发明提供的自防水混凝土密实性好,还可以在混凝土中形成致密的保护膜,可以进一步地提高混凝土的自防水性,在地下工程使用时不需要独设置外防水层或内防水层,可以达到很好的抗渗,防水,抗压的功能,完全满足地下工程对自防水混凝土的要求,有利于大规模的推广和应用。
具体实施方式:
以下通过具体实施方式的描述对本发明作进一步说明,但这并非是对本发明的限制,本领域技术人员根据本发明的基本思想,可以做出各种修改或改进,但是只要不脱离本发明的基本思想,均在本发明的范围之内。
实施例1、改性木陶瓷的制备
A将木粉干燥至含水率<25%,粉碎研磨后通过80目细筛,得细木粉;
B按重量份数称取固含量为35~45%的液体环氧丙烯酸树脂40份,固含量为40~50%的液体硅溶胶20份,木质素磺酸钠65份搅拌均匀,得混合液;
C将步骤A得到的细木粉与步骤B得到的混合液按重量比1:1.2混合均匀,在常温常压下浸渍65h,烘干,放入惰性气体保护的加热炉中预热、逐步升温至600℃,减压抽出低分子组分后再继续升温至1500℃,真空炭化4h后,冷却,即得。
实施例2、一种自防水混凝土
所述自防水混凝土由以下成分及其重量份数组成:
硅酸盐水泥80份、碎石55份、砂35粉、改性木陶瓷10份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸4份、分子量为10000~50000的木质素磺酸钠5份和水28份;所述碎石的粒径为10~20mm,含泥量小于0.5%,针片状颗粒小于10%;所述砂的细度模数为2.6~3.0,含泥量小于2%;所述改性木陶瓷为实施例1制得的改性木陶瓷。
制备方法:
S1将碎石、硅酸盐水泥、砂依次倒入料斗内,搅拌40~60s,得混合物I;
S2将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、改性木陶瓷、木质素磺酸钠搅拌均匀,得混合物II;
S3将步骤S2得到的混合物II加入到步骤S1得到的混合物I中搅拌1~2min,接着加水,搅拌2~5min,即得。
实施例3、一种自防水混凝土
所述自防水混凝土由以下成分及其重量份数组成:
硅酸盐水泥100份、碎石60份、砂38粉、改性木陶瓷14份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸5份、分子量为10000~50000的木质素磺酸钠6份和水40份;所述碎石的粒径为10~20mm,含泥量小于0.5%,针片状颗粒小于10%;所述砂的细度模数为2.6~3.0,含泥量小于2%;所述改性木陶瓷为实施例1制得的改性木陶瓷。
制备方法与实施例2类似。
实施例4、一种自防水混凝土
所述自防水混凝土由以下成分及其重量份数组成:
硅酸盐水泥120份、碎石65份、砂45粉、改性木陶瓷16份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸6份、分子量为10000~50000的木质素磺酸钠8份和水42份;所述碎石的粒径为10~20mm,含泥量小于0.5%,针片状颗粒小于10%;所述砂的细度模数为2.6~3.0,含泥量小于2%;所述改性木陶瓷为实施例1制得的改性木陶瓷。
制备方法与实施例2类似。
对比例1、一种自防水混凝土
所述自防水混凝土由以下成分及其重量份数组成:
硅酸盐水泥100份、碎石60份、砂38粉、聚丙烯纤维14份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸5份、分子量为10000~50000的木质素磺酸钠6份和水40份;所述碎石的粒径为10~20mm,含泥量小于0.5%,针片状颗粒小于10%;所述砂的细度模数为2.6~3.0,含泥量小于2%。
制备方法与实施例2类似。
与实施例3的区别在于:将改性木陶瓷替换为聚丙烯纤维。
对比例2、一种自防水混凝土
所述自防水混凝土由以下成分及其重量份数组成:
硅酸盐水泥100份、碎石60份、砂38粉、碳纤维复合材料14份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸5份、分子量为10000~50000的木质素磺酸钠6份和水40份;所述碎石的粒径为10~20mm,含泥量小于0.5%,针片状颗粒小于10%;所述砂的细度模数为2.6~3.0,含泥量小于2%。
制备方法与实施例2类似。
与实施例3的区别在于:将改性木陶瓷替换为碳纤维复合材料。
对比例3、一种自防水混凝土
所述自防水混凝土由以下成分及其重量份数组成:
硅酸盐水泥100份、碎石60份、砂38粉、木陶瓷14份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸5份、分子量为10000~50000的木质素磺酸钠6份和水40份;所述碎石的粒径为10~20mm,含泥量小于0.5%,针片状颗粒小于10%;所述砂的细度模数为2.6~3.0,含泥量小于2%。
制备方法与实施例2类似。
与实施例3的区别在于:木陶瓷没有进行改性。
对比例4、一种自防水混凝土
所述自防水混凝土由以下成分及其重量份数组成:
硅酸盐水泥100份、碎石60份、砂38粉、改性木陶瓷14份、聚丙烯酰胺5份、分子量为10000~50000的木质素磺酸钠6份和水40份;所述碎石的粒径为10~20mm,含泥量小于0.5%,针片状颗粒小于10%;所述砂的细度模数为2.6~3.0,含泥量小于2%;所述改性木陶瓷为实施例1制得的改性木陶瓷。
制备方法与实施例2类似。
与实施例3的区别在于:将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸替换为聚丙烯酰胺。
试验例一、自防水混凝土的抗压摸索试验
1、试验材料:
表1自防水混凝土配方
其中:所述木质素磺酸钠的分子量为10000~50000;所述碎石的粒径为10~20mm,含泥量小于0.5%,针片状颗粒小于10%;所述砂的细度模数为2.6~3.0,含泥量小于2%;所述改性木陶瓷为实施例1制得的改性木陶瓷。
2、测试方法:
参考JC474-2008《砂浆、混凝土防水剂》规定的方法检测试验1组、试验2组、试验3组、试验4组、试验5组、试验6组和试验7组的抗压强度比;参考GB50164-2011《混凝土质量控制标准》规定的方法检测试验1组、试验2组、试验3组、试验4组、试验5组、试验6组和试验7组的抗渗压力。
3、试验结果
试验结果如表2所示。
表2自防水混凝土的抗压摸索试验结果
|
(28d)抗压强度比(%) |
(28d)抗渗压力(MPa) |
一等品标准 |
≥100 |
≥0.6 |
试验1组 |
128 |
2.72 |
试验2组 |
130 |
2.75 |
试验3组 |
99 |
1.76 |
试验4组 |
95 |
1.47 |
试验5组 |
141 |
3.32 |
试验6组 |
125 |
2.64 |
试验7组 |
152 |
3.78 |
由表1可知:
(1)与试验7组相比,试验1组和试验2组缺少2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸,制得的混凝土的抗压强度比和抗渗压力均下降,而试验2组增加了改性木陶瓷的添加量,制得的混凝土的抗压强度比和抗渗压力与试验1组相比,基本无变化;
(2)与试验7组相比,试验3组和试验4组缺少改性木陶瓷,制得的混凝土的抗压强度比和抗渗压力均下降,而试验4组增加了-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的添加量,制得的混凝土的抗压强度比和抗渗压力与试验3组相比反而下降,这可能是因为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的添加量增加,其水溶液的酸性变强,与混凝土发生中和反应时释放出大量的热量,导致混凝土开裂;
(3)与试验7组相比,试验5组和试验6组增加了改性木陶瓷的添加量,制得的混凝土的抗压强度比和抗渗压力均下降,而试验6组增加了2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的添加量,制得的混凝土的抗压强度比和抗渗压力与试验5组相比反而下降了,这可能是因为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的添加量增加,其水溶液的酸性变强,与混凝土发生中和反应时释放出大量的热量,导致混凝土开裂;
(4)与试验1组和试验2组相比,试验3组和试验4组制得的混凝土的抗压强度比和抗渗压力比较低;
说明本发明单独添加一定量的改性木陶瓷可以提高混凝土的抗压强度比和抗渗压力(试验3组和试验4组),其抗压强度比和抗渗压力的效果比单独添加一定量的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸好(试验1组和试验2组);而将一定量的改性木陶瓷与一定量的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸联合使用,可以显著的提高混凝土的抗压强度比和抗渗压力,大大的减少混凝土的开裂情况,从而提高混凝土的自防水效果。
试验例二、自防水混凝土的质量检测试验
1、试验材料:
实施例2、实施例3、实施例4、对比例1、对比例2、对比例3和对比例4制备得到的自防水混凝土。
2、试验方法:
参考JC474-2008《砂浆、混凝土防水剂》规定的方法检测实施例2、实施例3、实施例4、对比例1、对比例2、对比例3和对比例4制备得到的自防水混凝土的泌水率比、抗压强度比、渗透高度比、吸水量比、收缩率比;参考GB50164-2011《混凝土质量控制标准》规定的方法检测实施例2、实施例3、实施例4、对比例1、对比例2、对比例3和对比例4制备得到的自防水混凝土的抗渗压力。
3、试验结果:
试验结果如表3所示。
表3自防水混凝土的质量检测试验结果
由表2可知:
(1)与实施例2~4相比,对比例1和对比例2将改性木陶瓷替换为合成纤维,对比例3的木陶瓷没有进行改性处理,制得的混凝土的泌水率比、渗透高度比、吸水量比和收缩率比均有上升,而制得混凝土的抗压强度比和抗渗压力呈下降趋势,说明本发明添加的改性木陶瓷可以大大的混凝土的自防水性能,而且改性木陶瓷对混凝土的防水效果比添加合成纤维效果好。
(2)与实施例2~4相比,对比例4将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸替换为聚丙烯酰胺,制得的混凝土的泌水率比、渗透高度比、吸水量比和收缩率比大大提升,而制得混凝土的抗压强度比和抗渗压力大大下降,说明本发明添加的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸可以促进改性木陶瓷对混凝土性能的改变,提高混凝土的抗压和抗渗能力,从而大大提高混凝土的自防水效果。